(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面の前方端から後方端に亘って圧電体からなる側壁により離隔された複数の細長い溝を有し、前記側壁の壁面に駆動用の側壁電極を有し、前記側壁の後方端近傍の上面に前記側壁電極に電気的に接続する引出電極を有する圧電体基板と、前記細長い溝に連通し、前記溝に液体を供給するためのマニホールドを備え、前方端から前記引出電極の手前までの表面領域を覆って前記圧電体基板に接合するカバープレートと、前記カバープレートと前記細長い溝により構成されるチャンネルのうち、前記マニホールドに連通し前記マニホールドよりも後方端側に構成される後方チャンネルの開口を閉塞する封止材と、を備える液体噴射ヘッドであって、
前記封止材は、前記後方チャンネルの前記マニホールドの側に開口する開口部に設置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧電体基板は、低誘電率の基板の上に高誘電率の圧電体からなる側壁が立設している請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記圧電体基板の後方端近傍に接合し、前記引出電極に電気的に接続する配線電極を有するフレキシブル基板を更に備え、
前記引出電極は、前記チャンネルを構成する２つの側壁のうち一方の側壁の上面に設置した第一引出電極と他方の側壁の上面に設置した第二引出電極を含み、前記第一引出電極は前記一方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続し、前記第二引出電極は前記他方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続しており、
前記フレキシブル基板の配線電極は、前記第一引出電極と第二引出電極とを電気的に接続する第一配線電極を有する請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記細長い溝は、前記マニホールドに連通し液滴を吐出するための吐出チャンネルと前記マニホールドに連通しないダミーチャンネルとが交互に並列に配列しており、
前記引出電極は、前記ダミーチャンネルを構成する２つの側壁のうち一方の側壁の上面に設置した第三引出電極と他方の側壁の上面に設置した第四引出電極を含み、前記第三引出電極は前記一方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続し前記第四引出電極は前記他方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続しており、
前記配線電極は、前記吐出チャンネルの一方の側に隣接するダミーチャンネルの他方の側壁の上面に設置した第四引出電極と、他方の側に隣接するダミーチャンネルの一方の側壁の上面に設置した第三引出電極とを電気的に接続する第二配線電極を有する請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記配線電極は、前記吐出チャンネルの両側壁の上面に設置した第一及び第二引出電極と、他の吐出チャンネルの両側壁の上面に形成した他の第一及び第二引出電極とを電気的に接続する共通配線電極を含む請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に画像や文字、あるいは薄膜材料を形成する液体噴射ヘッド及びこれを用いた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、記録紙等にインク滴を吐出し、文字、図形を描画する、あるいは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜のパターンを形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、液体噴射ヘッドに形成した微小空間にこのインクを充填し、駆動信号に応じて微小空間の容積を瞬間的に縮小し溝に連通するノズルから液滴を吐出させる。
【０００３】
図１２は、この種のインクジェットヘッド５０の分解斜視図であり、図１３（ａ）はインクジェットヘッド５０の上面図であり、（ｂ）は部分ＹＹの断面図であり、（ｃ）はフレキシブル基板６１の配線電極６４と引出電極６２間の接続構成を説明するための説明図である。インクジェットヘッド５０は、表面に複数の細長い溝５５が形成された圧電体基板５１と、インクを溝５５に供給するためのマニホールド５７及び凹部５８が形成されたカバープレート５６と、インクを吐出するためのノズル６０が穿孔されたノズルプレート５９と、圧電体基板５１に駆動信号を供給するためのフレキシブル基板６１などから構成されている。
【０００４】
溝５５は前方端５２から後方端５３の途中まで形成されている。複数の溝５５は側壁５４により離隔されている。ノズルプレート５９のノズル６０は溝５５とカバープレート５６により構成されるチャンネルに連通する。側壁５４は圧電体材料から成り、予め垂直方向に分極処理が施されている。側壁５４の壁面には側壁電極６３が形成され、圧電体基板５１の後方端５３側の表面に形成した引出電極６２に電気的に接続している。圧電体基板５１の後方端５３側の上面にはフレキシブル基板６１が接着されている。これにより、図示しない外部回路で生成した駆動信号が、フレキシブル基板６１に形成した配線電極６４及び引出電極６２を介して側壁５４の壁面に形成される側壁電極６３に伝達される。これにより側壁５４をせん断変化させることができる。
【０００５】
インクジェットヘッド５０は次のように駆動される。まず、マニホールド５７にインクを供給する。インクはマニホールド５７及び凹部５８から各溝５５に供給され、カバープレート５６と溝５５により構成されるチャンネルに充填される。外部回路で生成した駆動信号をフレキシブル基板６１の配線電極６４、引出電極６２を介して側壁電極６３に与えると、側壁５４がせん断変形し、チャンネルの容積が収縮して充填されたインクがノズル６０から吐出される。
【０００６】
特許文献１には上記インクジェットヘッド５０に類似するインクジェットヘッドが記載されている。圧電セラミックス基板の表面に、その前端部から後端部の途中まで細長い複数の溝が形成され、その複数の溝を覆うように蓋が接着されている。この蓋には複数の溝にインクを供給するためのインク室が形成されている。各溝を分離区画する圧電側壁には側壁の上辺から溝の底面にかけて導電層が形成されている。この導電層は圧電セラミックス基板の吐出側である前端部から圧電セラミックス基板の裏面側に引き回され、裏面に形成される引出電極に接続されている。裏面の複数の引出電極は圧電セラミックス基板の前端部から後端部にかけて扇状にピッチが大きくなる。これにより、引出電極の外部回路との接続を容易にする、というものである。
【０００７】
特許文献２には、圧電体からなるアクチュエータ基板の表面に複数並列に凹溝が形成され、その上面はカバープレートにより塞がれており、アクチュエータ基板の前方端にノズルプレートが接着され、後方端にインクを供給するためのプレートとマニホールド部材が設置されたインクジェットヘッドが記載されている。アクチュエータ基板の複数の凹溝と、各溝の上面を塞ぐカバープレートによりチャンネルが構成され、各チャンネルはアクチュエータ基板の前方端から後方端に亘って形成されている。複数のチャンネルは、ノズルプレートのノズルから液滴を噴射させるための噴射チャンネルとインクが供給されないダミーチャンネルとが交互に配置されている。各溝を分離する圧電側壁の壁面には駆動用の導電パターンが形成され、各導電パターンはアクチュエータ基板の側面を介して裏面側に引き回されている。これにより、ダミーチャンネルの後方に所定の長さを有する立ち上げ部を形成する必要が無くなり、ダミーチャンネルを短くすることができるので、アクチュエータ基板のコストを低減することができ、更にインクの噴射周期を短くすることができる、というものである。
【０００８】
特許文献３には、ヘッドチップの周囲にインクマニホールドが配置されるインクジェットヘッドが記載されている。ヘッドチップは、圧電素子からなる側壁が下部基板と上部基板により挟まれてチャンネルが構成され、チャンネルの一方端にはノズルプレートが、他方端にはチャンネルにインクを導入するためのインク導入孔が形成されたバックプレートが設置されている。バックプレートの背面にはインク室及びインク流路が形成されたインクマニホールド部材が設置されている。このインクマニホールド部材はヘッドチップを構成する上部基板の上方にせり出す上面包持部を備えている。
【０００９】
チャンネルを構成する側壁の壁面には駆動電極が形成され、この駆動電極は側壁の上面まで延設されている。また、上部基板のチャンネルに対応する位置に上部基板を貫通し上部基板の表面に露出する電極が形成されている。更に、インクマニホールド部材の上面包持部には、上記上部基板に形成した電極と対応する位置にその厚さ方向に貫通する電極が形成され、上面包持部の上面に形成した配線電極に接続され、更にインクマニホールドの外部背面に引き回されている。その結果、チャンネルを駆動するために側壁に形成した駆動電極は、側壁上面の駆動電極延設部、上部基板に形成した貫通電極及び上面包持部を貫通する貫通電極を介して上面包持部に形成した配線電極に接続し、インクマニホールド部材の背面側に引き出される。これにより、駆動電極にインクマニホールド部材の背面側から駆動信号を供給することができるので、スタック構造化が容易となり、プリンタ本体との接続構造を簡素化することができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２９９７７号公報
【特許文献２】特開平２０００−１６８０９４号公報
【特許文献３】特開平２００２−２１０９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１２や特許文献１に示されるインクジェットヘッドはチャンネルを構成する溝５５が前方端から後方端の手前まで形成されている。後方端の手前まで溝５５を形成しているのは、後方端側にインクが漏れ出ないようにするためである。この溝５５は、外周部に研削材を埋め込んだダイシングブレードを高速回転させて圧電体基板５１の表面に所定の深さまで降下し、圧電体基板５１の表面に沿って移動させながら研削して形成する。そのため、溝５５の端部形状はダイシングブレードの円弧形状が転写される。ダイシングブレードの直径を２インチとし、形成する溝５５の深さを３６０μｍとすれば、溝５５の端部の底面が傾斜する傾斜部の長さＸ１は４ｍｍ以上となる。圧電体基板５１の溝５５方向の幅Ｘ２が約１０ｍｍなので、全体の幅の約４０％がこの傾斜部に占められることになる。更に、圧電体基板５１においてインクを吐出するために駆動するアクチュエータとして機能する部分は主に溝５５の底面が平坦な位置の側壁５４であり、上記傾斜部に位置する側壁５４は溝５５の深さが次第に浅くなるにつれてアクチュエータとしてほとんど機能しなくなる。従って、この傾斜部は、アクチュエータとしてほとんど機能しないにもかかわらず全体の幅の相当な部分を占めており、インクジェットヘッド５０を小型化し、１枚のウエハーから取り出す圧電体基板の取り個数を増加させて低コスト化を図る上で障害となっていた。
【００１２】
一方、特許文献２や特許文献３のように、圧電体基板又はアクチュエータ基板の表面の前方端から後方端に亘って凹溝をストレートに形成すればダイシングブレードの円弧形状が転写されることがなく、溝底面が傾斜する傾斜部によるヘッド幅の増大化を防ぐことができる。しかし、その反面、側壁に形成した駆動電極を外部への引き出すための引出電極の形成が極めて複雑となる。例えば特許文献２においては、ダミーチャンネル及び噴射チャンネル用の凹溝を形成することに加えてアクチュエータ基板の前方端面や裏面にダミーチャンネルと連通する縦溝や分割溝を形成している。そして、アクチュエータ基板の全面にめっき法等により導電層を形成し、その後エキシマレーザ光を用いてダミーチャンネル内の電極層、アクチュエータ基板の前方端面、後方端面及び裏面の電極層をパターニングして引出電極を形成している。そのために、製造方法が極めて複雑となっている。
【００１３】
また、特許文献３においては、ヘッドチップの上部基板に各チャンネルに対応させて貫通電極を形成し、圧電素子の側壁面に形成した駆動電極と電気的に接続し、更にその上部に位置する上面包持部にも各チャンネルに対応させて貫通電極を形成している。そのため、製造工程が極めて複雑になる。また、圧電素子からなる側壁の上面に形成した電極と上部基板に形成した電極との間のコンタクトや、上部基板に形成した電極と上面包持部に形成した電極との間のコンタクトが必要となり、多数のコンタクト部を必要とすることから、コンタクト部の信頼性を確保することが極めて難しい。
【００１４】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、簡便な製造方法で構成することができ、小型化の容易な液体噴射ヘッドを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による液体噴射ヘッドは、基板表面の前方端から後方端に亘って圧電体からなる側壁により離隔された複数の細長い溝を有し、前記側壁の壁面に駆動用の側壁電極を有し、前記側壁の後方端近傍の上面に前記側壁電極に電気的に接続する引出電極を有する圧電体基板と、前記細長い溝に連通し、前記溝に液体を供給するためのマニホールドを備え、前方端から前記引出電極の手前までの表面領域を覆って前記圧電体基板に接合するカバープレートと、前記カバープレートと前記細長い溝により構成されるチャンネルのうち、前記マニホールドに連通し前記マニホールドよりも後方端側に構成される後方チャンネルの開口を閉塞する封止材と、を備えるようにした。
【００１６】
また、前記封止材は、前記後方チャンネルの前記マニホールドの側に開口する開口部に設置されるようにした。
【００１７】
また、前記封止材は、前記後方チャンネルの後方端側に開口する開口部に設置されるようにした。
【００１８】
また、前記圧電体基板は、低誘電率の基板の上に高誘電率の圧電体からなる側壁が立設するようにした。
【００１９】
また、前記圧電体基板の後方端近傍に接合し、前記引出電極に電気的に接続する配線電極を有するフレキシブル基板を更に備え、前記引出電極は、前記チャンネルを構成する２つの側壁のうち一方の側壁の上面に設置した第一引出電極と他方の側壁の上面に設置した第二引出電極を含み、前記第一引出電極は前記一方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続し、前記第二引出電極は前記他方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続しており、前記フレキシブル基板の配線電極は、前記第一引出電極と第二引出電極とを電気的に接続するようにした。
【００２０】
また、前記細長い溝は、前記マニホールドに連通し液滴を吐出するための吐出チャンネルと前記マニホールドに連通しないダミーチャンネルとが交互に並列に配列しており、前記引出電極は、前記ダミーチャンネルを構成する２つの側壁のうち一方の側壁の上面に設置した第三引出電極と他方の側壁の上面に設置した第四引出電極を含み、前記第三引出電極は前記一方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続し前記第四引出電極は前記他方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続しており、前記配線電極は、前記吐出チャンネルの一方の側に隣接するダミーチャンネルの他方の側壁の上面に設置した第四引出電極と、他方の側に隣接するダミーチャンネルの一方の側壁の上面に設置した第三引出電極とを電気的に接続する第二配線電極を有するようにした。
【００２１】
また、前記配線電極は、前記吐出チャンネルの両側壁の上面に設置した第一及び第二引出電極と、他の吐出チャンネルの両側壁の上面に形成した他の第一及び第二引出電極とを電気的に接続する共通配線電極を含むようにした。
【００２２】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記いずれかに記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えるようにした。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の液体噴射ヘッドは、基板表面の前方端から後方端に亘って圧電体からなる側壁により離隔された複数の細長い溝を有し、その側壁の壁面に駆動用の側壁電極を有し、その側壁の後方端近傍の上面に側壁電極に電気的に接続する引出電極を有する圧電体基板と、細長い溝に連通し、その溝に液体を供給するためのマニホールドを備え、前方端から引出電極の手前までの表面領域を覆って圧電体基板に接合するカバープレートと、カバープレートと細長い溝により構成されるチャンネルのうち、マニホールドに連通しマニホールドよりも後方端側に構成される後方チャンネルの開口を閉塞する封止材と、を備えている。即ち、後方チャンネルは封止材により封止されるのでダイシングブレードの外形が転写される傾斜部を形成する必要が無くなり、圧電体基板の細長い溝方向の幅を縮小することができる。また、引出電極を後方端近傍の側壁上面に形成したので電極取り出し構造を簡素化し、複雑な工程を通して配線パターンを形成する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視部である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの引出電極構造の説明図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの縦断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドのマニホールド部の縦断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの電極構造の説明図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視部である。
【図１０】本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの引出電極構造の説明図である。
【図１１】本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【図１２】従来公知のインクジェットヘッドの分解斜視部である。
【図１３】従来公知のインクジェットヘッドの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の液体噴射ヘッドは、基板表面の前方端から後方端に亘って複数の細長い溝を並列に形成した圧電体基板と、細長い溝に液体を供給するためのマニホールドを有し、圧電体基板の前方端から後方端の手前までの表面領域を覆うように接合したカバープレートと、カバープレートと細長い溝により構成されるチャンネルのうち、マニホールドよりも後方端側に構成される後方チャンネルの開口を閉塞する封止材とを備えている。
【００２６】
ここで、基板表面に形成した複数の溝は圧電体からなる側壁により離隔している。側壁の壁面には側壁を変形駆動するための側壁電極を設置し、更にこの側壁の後方端近傍の上面には上記側壁電極に電気的に接続する引出電極を設置した。カバープレートは、基板表面の前方端から引出電極の手前までの表面領域を覆うように圧電体基板に接合してチャンネルを構成している。
【００２７】
このように、細長い溝を圧電体基板の表面の前方端から後方端に亘ってストレートに形成したので溝に傾斜部を設ける必要が無く、圧電体基板のチャンネル方向の幅を縮小することができる。また、吐出チャンネルの後方端側は封止材で閉塞したので吐出用液体が後方端側に漏れ出すこともない。加えて、外部回路から駆動信号を入力する引出電極を後方端側の側壁上面に形成し、側壁の壁面に形成した側壁電極と電気的に接続する構成としたので、電極パターンの形成が容易となる。
【００２８】
なお、封止材は、後方チャンネルのマニホールドの側に開口する開口部やマニホールドとは反対側の後方端側に開口する開口部、或いはこれら開口部の中間部に設置することができる。特に、マニホールドの側に開口する開口部を閉塞すれば、後方チャンネル内の液溜まりを無くすことができ、流路のクリーニングが容易となる。
【００２９】
また、フレキシブル基板を圧電体基板の後方端近傍に接合して外部から駆動信号を供給することができる。フレキシブル基板の表面に形成した配線電極と側壁上面に形成した引出電極とを電気的に接続する。ここで、引出電極は、チャンネルを構成する２つの側壁のうち一方の側壁の上面に設置した第一引出電極と他方の側壁の上面に設置した第二引出電極を含み、第一引出電極は当該一方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続し、第二引出電極は当該他方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続するように構成することができる。そして、フレキシブル基板の配線電極は上記第一引出電極と第二引出電極とを電気的に接続する第一配線電極を含むように構成することができる。これにより、溝を構成する一方の側壁の壁面と他方の側壁の壁面のそれぞれに形成した側壁電極を圧電体基板上で接続する必要が無く、電極や電極パターンの形成工程を簡素化することができる。
【００３０】
また、細長い溝は、マニホールドに連通し液滴を吐出するための吐出チャンネルと、マニホールドに連通しないダミーチャンネルとが交互に並列に配列するように構成することができる。そして、引出電極は、ダミーチャンネルを構成する２つの側壁のうち一方の側壁の上面に設置した第三引出電極と、他方の側壁の上面に設置した第四引出電極とを含む構成とすることができる。ここで、第三及び第四引出電極はそれぞれ一方及び他方の側壁の壁面に設置した側壁電極に電気的に接続している。また、配線電極は、吐出チャンネルの一方の側に隣接するダミーチャンネルの他方の側壁の上面に設置した第四引出電極と、他方の側に隣接するダミーチャンネルの一方の側壁の上面に設置した第三配線電極とを電気的に接続する第二配線電極を含むように構成することができる。また、配線電極として、吐出チャンネルの両側壁の上面に設置した第一及び第二引出電極と、他の吐出チャンネルの両側壁の上面に形成した他の第一及び第二引出電極とを電気的に接続する共通配線電極を含むように構成することができる。
【００３１】
これにより、吐出チャンネルとダミーチャンネルとが交互に配列する場合でも、吐出チャンネルの両側に位置するダミーチャンネルの吐出チャンネル側の側壁の壁面に形成した側壁電極同士を圧電体基板上で接続する必要が無くなり、電極形成工程や電極パターン形成工程をより一層簡素化することができる。以下、本発明の液体噴射ヘッドについて、図面を用いて具体的に説明する。
【００３２】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の分解斜視図であり、図２（ａ）はその液体噴射ヘッド１の上面図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）は部分ＡＡの縦断面図である。図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、基板２とその表面に形成した側壁３からなる圧電体基板４と、圧電体基板４の表面に接合したカバープレート１１と、圧電体基板４の前方端ＦＥに設置したノズルプレート２０と、圧電体基板４の後方端ＲＥ近傍の上面に設置したフレキシブル基板１５と、カバープレート１１の後方端ＲＥ側の端面と圧電体基板４との角部に設置した封止材１４（図１（ａ）では省略した）を備えている。
【００３３】
圧電体基板４は、その表面の前方端ＦＥから後方端ＲＥに亘って圧電体からなる側壁３により離隔された複数の細長い溝５を有している。各側壁３の壁面には側壁３を変形駆動するための側壁電極６を形成した。各側壁３の後方端ＲＥ近傍の上面には２つの引出電極８ａ、８ｂを形成した。各引出電極８ａ、８ｂは側壁３上面中央部において電気的に分離し、側壁３の上面の一方の引出電極８ａは一方の壁面に形成した側壁電極６に電気的に接続し、上面の他方の引出電極８ｂは他方の壁面に形成した側壁電極６に電気的に接続している。
【００３４】
圧電体基板４は基板２と側壁３が同じ圧電体材料、例えばＰＺＴセラミックスにより形成することができる。また、後の第四実施形態で説明するように、基板２として圧電体よりも誘電率の小さい低誘電体材料、例えばガラス材料や他の絶縁体材料を使用し、側壁３として圧電体材料を使用することができる。このように、溝５を前方端ＦＥから後方端ＲＥに亘ってストレートの形状としたので、ダイシングブレードの外形が転写されることがなく、圧電体基板４の溝５方向の幅を縮小することができる。
【００３５】
カバープレート１１は、前方端ＦＥから引出電極８の手前までの領域を覆うようにして圧電体基板４の上面に接着材を用いて接合した。なお、図１においてカバープレート１１は一部分のみを示している。カバープレート１１は吐出用の液体を保持し、溝５に液体を供給するためのマニホールド９及び凹部１６を備えている。カバープレート１１の下面と溝５により液体の流路であるチャンネルを構成した。このチャンネルのうち、マニホールド９よりも前方を吐出チャンネル１２、後方を後方チャンネル１０とする。カバープレート１１として圧電体基板４と同じ材料を使用することができる。同じ材料を使用すれば、温度変化に対して反りや剥がれを防止することができる。また、ガラス、セラミックス、高分子材料等の絶縁材料を使用することができる。この場合に、圧電体基板４と同程度の熱膨張係数を有する材料を使用することが好ましい。
【００３６】
封止材１４は、後方チャンネル１０の後方端側の開口部にディスペンサーを用いて塗布した。これにより、後方チャンネル１０を介して液体の外部への漏えいを防止する。封止材１４として高分子材料やゴム系材料の接着材を用いることができる。封止材１４は弾力性を有する材料を使用するのが好ましく、例えばフッ素系のエラストマーを使用することができる。弾力性を有するほうが温度変化等の環境変化に対して信頼性を維持することができる。
【００３７】
ノズルプレート２０は、圧電体基板４の前方端ＦＥとこの前方端ＦＥと面一に形成したカバープレート１１の前方端面に接合している。ノズルプレート２０は溝５からなる吐出チャンネル１２の対応する位置にノズル２１を備えている。ノズルプレートとして例えばポリイミド樹脂等の高分子材料を使用することができる。フレキシブル基板１５は、圧電体基板４の後方端ＲＥの上面に図示しない異方性導電材を介して接着した。フレキシブル基板１５は可撓性基板１７の表面に配線電極１８を備え、その上に保護膜２２を備える多層膜からなり、配線電極１８と引出電極８ａ、８ｂとを電気的に接続している。
【００３８】
図３は、図２（ａ）に示す上面図の部分ＢＢの部分縦断面図である。圧電体基板４の表面に複数の溝５ａ〜５ｄを形成し、溝５ａ〜５ｄの各溝は側壁３ａ〜３ｃによりにより離隔している。側壁３ａの一方の側面に側壁電極６ａを、他方の壁面に側壁電極６ｂを、その上面に側壁電極６ａに電気的に接続する第一引出電極８ａと側壁電極６ｂに電気的に接続する第二引出電極８ｂを形成した。同様に、側壁３ｂの一方の側面に側壁電極６ｃを、他方の壁面に側壁電極６ｄを、その上面に側壁電極６ｃに電気的に接続する第一引出電極８ｃと側壁電極６ｄに電気的に接続する第二引出電極８ｄを形成した。側壁３ｃやその他の側壁も同様の電極構造を有する。なお、この溝５ａ〜５ｄの各溝が以下で説明する吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄにそれぞれ対応する。
【００３９】
側壁３ａ〜３ｃ上の側壁電極６ａ〜６ｅや第一及び第二引出電極８ａ〜８ｆは金属材料を斜め蒸着法により蒸着して同時に形成することができる。まず、各側壁３ａ〜３ｃの上面にレジスト膜の必要なパターンを形成する。次に、図３の左斜め下方から例えばＡｌを蒸着し、側壁３ａ〜３ｃの一方の壁面と上面にＡｌ膜を形成する。次に、図３の左斜め上方から同様にＡｌを蒸着し、側壁３ａ〜３ｃの他方の壁面と上面にＡｌ膜を形成する。なお、Ａｌを斜め蒸着法により堆積したので、各溝５a〜５ｄの底面には堆積されず、そのために側壁電極６ｂと６ｃや側壁電極６ｄと６ｅは電気的に分離している。次に、レジスト膜を除去してリフトオフ法により上面にＡｌ膜のパターンを形成する。このように、各電極は金属の蒸着及びリフトオフ法により簡便に形成することができる。
【００４０】
フレキシブル基板１５の圧電体基板４側には互いに電気的に分離する第一配線電極１８ａ〜１８ｄを形成した。第一配線電極１８ｂは、溝５ｂの両側壁３ａ、３ｂの上面に形成した第一及び第二引出電極８ｂ、８ｃを電気的に接続し、第一配線電極１８ｃは、溝５ｃの両側壁３ｂ、３ｃの上面に形成した第一及び第二引出電極８ｄ、８ｅを電気的に接続し、その他の第一配線電極も同様に隣接する側壁３上の第一及び第二引出電極を電気的に接続している。
【００４１】
この液体噴射ヘッド１は次のように駆動する。まず、マニホールド９に液体として例えばインクを充填し、凹部１６を介して吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄにインクを満たす。そして、フレキシブル基板１５から圧電体基板４に駆動信号を供給する。例えば溝５ｂに構成した吐出チャンネル１２ｂを駆動する場合は、第一配線電極１８ａと１８ｃをＧＮＤとし、第一配線電極１８ｂに駆動信号の正の電圧を印加する。これにより一時的に側壁３ａが溝５ａ側へ、側壁３ｂが溝５ｃ側へそれぞれ膨らむように変形する。この変形は圧電体基板４の分極方向と電圧を印加する方向が直交することによって生じるせん断変形であり、両側壁３ａ、３ｂが変形することによって溝５ｂの容積は一時的に拡大する。この容積拡大に伴って、溝５ｂ内の圧力は負圧状態になるため、負圧状態を解消するようにマニホールド９および凹部１６を介して溝５ｂ内にインクが供給される。供給されたインクの圧力は圧力波となって溝５ｂを進行し、やがてノズル２１に到達する。このタイミングで、先ほど両側壁３ａ、３ｂの電極に印加した電圧の極性を反転させ、両側壁３ａ、３ｂを溝５ｂ側に向かって膨らむように変形させる。つまり、第一配線電極１８ａと１８ｃに駆動信号の正の電圧を印加し、第一配線電極１８ｂをＧＮＤとすることで、一時的に溝５ｂ内の容積を縮小する。この動作により、ノズル２０に到達したインクの圧力波に加えて、両側壁３ａ、３ｂを変形させて溝５ｂ内のインクを押圧し、溝５ｂの内部に充填されたインクをノズル２１から噴射する。これを溝５ｃ、５ｄ、５ｂ・・・の順で繰り返し実行する（３サイクル駆動という）。これにより、全吐出チャンネルからインクを吐出させることができる。
【００４２】
（第二実施形態）
図４は、本発明に第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の縦断面図である。第一実施形態を示す図２（ｃ）と異なる部分は、封止材１４をマニホールド９に開口する後方チャンネル１０の開口部に設置した点である。その他の構成は第一実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４３】
マニホールド９及び凹部１６に連通する後方チャンネル１０がマニホールド９側に開口する開口部を封止材１４により封止した。これにより、後方チャンネル１０には液体が流入することがないので、液体が後方チャンネル１０の内部に滞留しない。後方チャンネル１０内に液溜まりを無くしたことにより、吐出チャンネル１２やマニホールド９内の液体の置換が容易になり、液体内に混入した気泡や塵埃を迅速に除去することができる。なお、本発明は封止材１４の設置個所を第一実施形態のように後方チャンネル１０の後方端側や第二実施形態のように後方チャンネル１０のマニホールド９側とすることに限定されず、後方チャンネル１０のいずれかの位置又は後方チャンネル１０全体に亘って設置してもよい。
【００４４】
（第三実施形態）
図５は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の分解斜視図であり、図６（ａ）は液体噴射ヘッド１の上面図であり、（ｂ）は電極の接続状態を表す上面模式図であり、（ｃ）は部分ＣＣの縦断面図であり、図７は、図６（ａ）に示す部分ＤＤの部分縦断面図である。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００４５】
図５及び図６に示すように、液体噴射ヘッド１は、基板２とその表面に形成した側壁３からなる圧電体基板４と、圧電体基板４の表面に接合したカバープレート１１と、圧電体基板４の前方端ＦＥに設置したノズルプレート２０と、圧電体基板４の後方端ＲＥ近傍の上面に接着したフレキシブル基板１５と、カバープレート１１の後方端ＲＥ側の端面と圧電体基板４との角部に設置した封止材１４を備えている。
【００４６】
圧電体基板４は、基板２と側壁３を備え、基板２の表面に側壁３により離隔された複数の細長い溝５を構成し、複数の溝５は基板２の前方端ＦＥから後方端ＲＥまでストレートに形成した。複数の溝５を離隔する側壁３の後方端ＲＥ側の上面には複数の引出電極８を形成した。カバープレート１１は、液体を溝５に供給するためのマニホールド９を備え、圧電体基板４の前方端ＦＥから引出電極８の手前までの表面領域を覆うように圧電体基板４に接着材により接合した。図５において、カバープレート１１は一部分のみを示している。カバープレート１１と圧電体基板４の溝５により囲まれる領域をチャンネルとして、液体を吐出させるための吐出チャンネル１２と液体を充填しないダミーチャンネル１３とを交互に並列に構成した。
【００４７】
ノズルプレート２０は、基板２の前方端ＦＥと面一に接合したカバープレート１１の前方端に接着固定した。ノズルプレート２０は吐出チャンネル１２の対応する位置にノズル２１を備えている。圧電体基板４の後方端ＲＥ近傍の上面には外部回路と接続し圧電体基板４に駆動信号を供給するためのフレキシブル基板１５を接着している。基板２、側壁３、カバープレート１１、ノズルプレート２０の材料等は第一実施形態と同様なので説明を省略する。
【００４８】
カバープレート１１に形成したマニホールド９は吐出チャンネル１２に連通孔２３を介して連通し、ダミーチャンネル１３とは連通していない。そのために、吐出チャンネルには液体が流入し、ダミーチャンネル１３には液体が流入しない。また、マニホールド９の位置よりも後方端ＲＥ側には後方チャンネル１０が構成され、封止材１４は後方チャンネル１０の後方端ＲＥ側の開口部を閉塞している。これにより、液体が後方チャンネル１０を介して外部やダミーチャンネル１３に漏えいすることを防止している。なお、上述する吐出チャンネル１２にはノズル２１が連通しているが、ダミーチャンネル１３に対応する位置にはノズル２１が設けられていない。
【００４９】
次に電極構成について、図６（ａ）、（ｂ）及び図７を参照して具体的に説明する。吐出チャンネル１２ａを構成する２つの側壁３ａ、３ｂのうち一方の側壁３ｂの上面に第一引出電極８ａを形成し、他方の側壁３ａの上面に第二引出電極８ｂを形成した。また、一方の側壁３ｂの他方の壁面には側壁電極６ｂを形成し第一引出電極８ａと電気的に接続し、他方の側壁３ａの一方の壁面には側壁電極６ａを形成し、第二引出電極８ｂと電気的に接続した。他の吐出チャンネル１２ｂ〜１２ｄも同様の電極構成とした。なお、第一及び第二引出電極８ａ、８ｂは圧電体基板４の後方端ＲＥよりも離間した位置に設置した。そして、フレキシブル基板１５に形成した第一配線電極１８ａは上記第一及び第二引出電極８ａ、８ｂに電気的に接続することにより、第一引出電極８ａと第二引出電極８ｂとを電気的に接続している。他の吐出チャンネル１２ｂ、１２ｃ・・・においてもこの電気的な接続は同様である。更に、吐出チャンネル１２ａに対応する第一配線電極１８ａは、他の吐出チャンネル１２ｂ、１２ｃ・・・のそれぞれに対応する第一配線電極１８ａに共通配線電極２４を介して電気的に接続している。
【００５０】
更に、ダミーチャンネル１３ａを構成する２つの側壁のうち一方の側壁３ａの上面に第三引出電極８ｒを形成し、ダミーチャンネル１３ｂを構成する２つの側壁のうち他方の側壁３ｂの上面に第四引出電極８ｓを形成した。また、一方の側壁３ａの他方の壁面には側壁電極６ｂを形成し第三引出電極８ｒと電気的に接続し、他方の側壁３ｂの一方の壁面には側壁電極６ａを形成し、第四引出電極８ｓと電気的に接続した。他のダミーチャンネル１３ｂ〜１３ｄも同様の電極構成とした。吐出チャンネル１２ａを跨いで配置された第三及び第四引出電極８ｒ、８ｓは圧電体基板４の後方端ＲＥに近接して形成した。そして、フレキシブル基板１５に形成した第二配線電極１８ｂは上記吐出チャンネル１２ａを跨ぐ第三及び第四引出電極８ｒ、８ｓに電気的に接続することにより第三引出電極８ｒと第四引出電極８ｓとを電気的に接続している。他のダミーチャンネル１３ｂ、１３ｃ・・・も同様の電極構成を備えている。各第二配線電極１８ｂは各個別配線電極２５に接続している。
【００５１】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、フレキシブル基板１５はその外周に沿ってパターニングした共通配線電極２４と、その内側に互いに電気的に分離する多数の個別配線電極２５を備えている。吐出チャンネル１２の両側壁に形成した側壁電極６ａ、６ｂは第一及び第二引出電極８ａ、８ｂを介して第一配線電極１８ａにより短絡し、共通配線電極２４に電気的に接続する。また、吐出チャンネル１２の両側にはダミーチャンネル１３を配置し、２つのダミーチャンネル１３の吐出チャンネル１２側の側壁３に形成した２つの側壁電極を第三引出電極８ｒと第四引出電極８ｓを介して第二配線電極１８ｂにより短絡し、個別配線電極２５に電気的に接続するように構成した。
【００５２】
図６（ｃ）に示すように、フレキシブル基板１５を後方端ＲＥの上面に図示しない異方性導電膜を介して接着した。フレキシブル基板１５は可撓性基板１７、配線電極１８等及び保護膜２２の積層構造を有し、カバープレート１１側端部には第一配線電極１８ａとその外周側に共通配線電極２４を有している。フレキシブル基板１５のカバープレート１１側端部に形成した共通配線電極２４は側壁３の上面から浮かせて接着している。共通配線電極２４を側壁３の上面から浮かせることにより、側壁３の側面、特にダミーチャンネル１３を構成する側壁３の側壁電極６と共通配線電極２４とが短絡しないようにした。配線電極１８と引出電極８の接続部は保護膜２２を除去して第一及び第二配線電極１８ａ、１８ｂを露出させ、第一配線電極１８ａを第一及び第二引出電極８ａ、８ｂに、また、第二配線電極１８ｂを第三及び第四引出電極８ｒ、８ｓに電気的に接続する。
【００５３】
なお、封止材１４を後方チャンネル１０の後方端ＲＥ側の開口部に設置した。これを、第二実施形態に示すように、後方チャンネル１０のマニホールド９の側に開口する開口部に設置してもよい。あるいは、後方チャンネル１０のマニホールド９側の開口部と後方端ＲＥ側の開口部の中間部に設置してもよい。また、封止材１４を吐出チャンネル１２に対応する後方チャンネル１０にのみ設置してもよいし、これに加えてダミーチャンネル１３に対応する後方チャンネル１０に設置してもよい。
【００５４】
次に、図８を用いて本第三実施形態の駆動について説明する。図８は、側壁３ａ〜３ｇとカバープレート１１により囲まれる吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄ及びダミーチャンネル１３ａ〜１３ｄの側壁電極の回路図を表している。各吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄは液体を保持し、各ダミーチャンネル１３ａ〜１３ｄは空の状態である。吐出チャンネル１２の２つの側壁３に設置した側壁電極６は第一配線電極１８ａ及び共通配線電極２４を介してＧＮＤに接続する。吐出チャンネル１２に隣接する２つのダミーチャンネル１３の吐出チャンネル１２側の側壁３に形成した２つの側壁電極６は第二配線電極１８ｂ及び個別配線電極２５を介して端子Ｔに接続する。
【００５５】
例えば吐出チャンネル１２ａを駆動する場合は、端子Ｔａに駆動信号を与える。これにより一時的に側壁３ａがダミーチャンネル１３ａ側へ、側壁３ｂがダミーチャンネル１３ｂ側へそれぞれ膨らむように変形する。この変形は前述したせん断変形と同様であり、両側壁３ａ、３ｂが変形することによって吐出チャンネル１２ａの容積は一時的に拡大する。この容積拡大に伴って、吐出チャンネル１２ａ内の圧力は負圧状態になるため、負圧状態を解消するようにマニホールド９および連通孔２３を介して吐出チャンネル１２ａ内に液体が供給される。供給された液体の圧力は圧力波となって吐出チャンネル１２ａを進行し、やがてノズル２１に到達する。このタイミングで、両側壁３ａ、３ｂの電極に印加した電圧をＧＮＤにすることで、両側壁３ａ、３ｂを膨らんだ状態から電圧を印加していない平坦な状態に戻す。つまり、膨張状態の吐出チャンネル１２ａを元の状態に戻すことで、一時的に溝５ｂ内の容積を縮小する。この動作により、ノズル２１に到達した液体の圧力波に加えて、両側壁３ａ、３ｂの元に戻る変形によって吐出チャンネル１２ａ内の液体を押圧し、吐出チャンネル１２ａの内部に充填された液体をノズルから噴射する。
【００５６】
また、吐出チャンネル１２ｂを駆動する場合は端子Ｔｂに駆動信号を与える。例えば吐出チャンネル１２ｃを駆動し吐出チャンネル１２ｄを駆動しない場合には、ダミーチャンネル１３ｄの吐出チャンネル１２ｃ側の側壁に形成した側壁電極６には駆動信号が与えられ、吐出チャンネル１２ｄ側の側壁に形成した側壁電極６には駆動信号が与えられない場合でも、ダミーチャンネル１３ｄには液体が充填されていないので、２つの側壁電極６間で駆動信号の漏えいが生じない。即ち、吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄを独立に同時に駆動することができる（１サイクル駆動）。また、すべての吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄはＧＮＤ電位の側壁電極６に接しているので、吐出チャンネル１２ａ〜１２ｄ内の液体が導電性であっても電流の漏れは生じない。
【００５７】
（第四実施形態）
図９は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の分解斜視図であり、図１０は部分ＥＥの引出電極構造の説明図である。第一実施形態と異なる部分は、基板２と側壁３の材料が異なる点であり、その他の点は第一実施形態と同様なので、説明を省略する。同一の部分または同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００５８】
図１０に示すように、基板２の上面には圧電体からなる側壁３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが立設し、その上部にフレキシブル基板１５が接合する（図では説明のために分離している）。各溝５ａ〜５ｄの両側壁は側壁電極６を有し、各側壁３ａ〜３ｄはその上面に互いに電気的に分離する第一及び第二引出電極８ａ、８ｂを有している。フレキシブル基板１５を側壁３ａ〜３ｄの上面に接合すると、例えば溝５ａの両側壁の上面に形成した第一及び第二引出電極８ａ、８ｂは第一配線電極１８ａに電気的に接続する。他の溝５ｂ〜５ｄも同様の接続構造を有する。
【００５９】
側壁３は圧電体を使用し、基板２は圧電体よりも誘電率の小さい低誘電率材料を使用した。高誘電率の圧電体層と低誘電率の基板２とを接着材により接合する。そして、ダイシングブレード等を用いて、圧電体層の厚さよりもわずかに深く研削して溝５ａ〜５ｄを形成する。これにより、隣接する側壁３ａ、３ｂ間の圧電体材料を完全に除去することができる。圧電体材料としてＰＺＴ等の高誘電率材料を使用し、基板２としてガラス等の低誘電率材料を使用することができる。溝５の底面には基板２が露出している。これにより、例えば溝５ａの両側壁３ａ、３ｂの側壁電極６に印加した電圧が、容量結合により基板２を介して側壁３ｃや３ｄに伝達し、側壁３ｃや３ｄを変形して溝５ｂや５ｃの内容積を変化させる誤作動を防止することができる。
【００６０】
なお、本第四実施形態を第一実施形態の構成に基づいて説明したが、第二や第三実施形態の場合も同様に、基板２を低誘電率材料、側壁３を高誘電率の圧電体材料を使用することができることは言うまでもない。
【００６１】
（第五実施形態）
図１１は、本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。
液体噴射装置３０は、上記本発明に係る液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する液体供給管３３、３３’と、液体供給管３３、３３’に液体を供給する液体タンク３１、３１’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は本発明に係る液体噴射ヘッド１から構成される。即ち、基板表面の前方端ＦＥから後方端ＲＥに亘って複数の細長い溝５を並列に形成した圧電体基板４と、細長い溝５に液体を供給するためのマニホールド９を有し、圧電体基板４の前方端ＦＥから後方端ＲＥの手前までの表面領域を覆うように接合したカバープレート１１と、カバープレート１１と細長い溝５により構成されるチャンネルのうち、マニホールド９よりも後方端ＲＥ側に構成される後方チャンネル１０の開口を閉塞する封止材１４等を備えている。
【００６２】
具体的に説明する。液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体３４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体３４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体タンク３１、３１’に貯留した液体を液体供給管３３、３３’に押圧して供給するポンプ３２、３２’と、液体噴射ヘッド１を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４３等を備えている。
【００６３】
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体３４を主走査方向に搬送する。移動機構４３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット３８と、キャリッジユニット３８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３９と、この無端ベルト３９を図示しないプーリを介して周回させるモータ４０を備えている。
【００６４】
キャリッジユニット３８は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３１、３１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ３２、３２’、液体供給管３３、３３’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット３８を駆動するモータ４０の回転及び被記録媒体３４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体３４上に任意のパターンを記録することできる。
【００６５】
この構成により、液体噴射ヘッド１の細長い溝方向の幅を縮小することができるので、キャリッジユニット３８をコンパクトに構成することができる。また、液体噴射ヘッド１を複雑な工程を通して製造する必要がなく、製造工程を簡素化し、装置の低コスト化に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  液体噴射ヘッド
２  基板
３  側壁
４  圧電体基板
５  溝
６  側壁電極
８  引出電極
９  マニホールド
１０  後方チャンネル
１１  カバープレート
１２  吐出チャンネル
１３  ダミーチャンネル
１４  封止材
１５  フレキシブル基板
１８  配線電極
２０  ノズルプレート
２１  ノズル
２２  保護膜
２３  連通孔
２４  共通配線電極
２５  個別配線電極
３０  液体噴射装置
【図１】
0005563354.tif 000002
【図２】
0005563354.tif 000003
【図３】
0005563354.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005563354.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005563354.tif 000013
【図１３】
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